바이오스펙테이터 김성민 기자
알츠하이머병 치료타깃 TREM2 하위신호전달 인자로 'PLCγ2' 밝혀져, TREM2-PLCγ2 신호전달 미세아교세포 지질대사 조절...& 반대 작용으로 PLCγ2 TREM2 비의존적으로 TLR 활성→염증 악화하기도
알츠하이머병(AD) 환자의 뇌에 거주하는 면역세포인 미세아교세포(microglia)는 아밀로이드베타 플라크나 지질 찌꺼기를 제거해 뇌를 보호하기도 하지만, 과도한 염증 반응을 일으켜 병기진행을 악화하기도 한다. 그러나 아직까지 이같은 이중적인 모습을 설명해주는 정확한 메커니즘은 몰랐다.
이러한 상황에서 최근 조셉 류콕(Joseph Lewcock) 디날리테라퓨틱스(Denali therpeutics) 연구팀은 PLCγ2가 신호전달 분자로 미세아교세포 면역관문분자인 TREM2의 하위 신호전달 분자로 대식작용 등 유용한 기능을 활성화하면서, 동시에 톨유사 수용체(toll-like receptor, TLR) 수용체의 하위 신호전달 분자로 염증을 일으키는 작용을 한다는 결과를 네이처 커뮤니케이션(Nature communication)에 지난 8일 발표했다(doi: 10.1038/s41593-020-0650-6). 즉 PLCγ2가 반대되는 두 신호전달을 결정짓는 핵심적인 연결점(node)이라는 것.
또다른 포인트로, 이번 연구는 알츠하이머병 환자의 뇌에서 TREM2-PLCγ2 신호전달을 통해 지질 대사(lipid metabolism)를 조절하는 것이 알츠하이머병의 치료 전략이 될 수 있다는 가능성을 보여준다는 의미가 있다. TREM2는 뇌 신경면역(immuno-neurology) 분야에서 가장 활발하게 연구되는 치료 타깃으로, 디날리와 다케다는 뇌 투과율을 높인 플랫폼을 적용한 ‘ATV:TREM2(DNL919)’의 비임상 연구를 진행하고 있다.
그러면 디날리 연구팀이 TREM2와 PLCγ2의 연결고리를 눈여겨 본 시작점으로 돌아가보자.
2010년대 초중반에 들어서면서 알츠하이머병 환자를 대상으로 대규모의 유전체 분석이 이뤄지면서, 약 90%에 이르는 늦은 알츠하이머병 발병(LOAD)을 일으키는 인자로 미세아교세포가 중요하게 꼽히고 있다.
대표적인 유전자가 중추신경계(CNS)에서 미세아교세포 특이적으로 발현하는 면역글로불린 수퍼패밀리인 TREM2다. TREM2의 리간드 결합력이 떨어지는 R47H, R62H 변이가 생기면 알츠하이머병에 걸릴 위험이 높아진다고 알려져 있다. 실제 TREM2 기능이 망가진 쥐는 미세아교세포 증식, 생존, 대식작용, 지질대사 등 기능이 망가졌다. 또한 TREM2는 알츠하이머병과 연관된 APOE 등 지질분자를 인지하며, TREM2가 고장나면 아밀로이드 플라크를 둘러싸 제거하는 능력이 떨어졌다. 미세아교세포에서 TREM2이 활성화되면 세포막 어댑터 단백질 DAP12을 매개로, 세포내 타이로신 카이네이즈 Syk을 인산화시킨다. 그러나 이후 하위 신호전달은 알려지지 않았다.
PLC(phospholipase C)는 세포 안에 있는 효소로, 세포막에 있는 PIP2를 DAG와 IP3로 자르는 역할을 한다. 이때 각 인자는 다른 신호전달과정을 일으키는데, DAG는 PKC 효소를 활성화하며 IP3는 칼슘 신호전달을 촉진한다. 이때 TREM2와 비슷하게 PLCγ2는 CNS에서 미세아교세포 특이적으로 발현하는 인자로, 2017년 PLCγ2 유전자 P522R PLCG 변이는 알츠하이머병을 보호하는 효과를 가진다는 연구결과가 발표된 바 있다(doi: 10.1186/s13195-019-0469-0). PLCγ2는 주변 신경계(PNS)에서 BCR과 TLR, FcRn-DAP12 등의 ITMA 모티프와 상호작용해 하위 신호전달을 매개하지만, CNS에서의 역할은 몰랐다.
이에 디날리는 PLCγ2가 ITAM 모티프를 갖고 있는 TREM2의 하위 신호전달을 매개한다는 가정하에, 이러한 가능성을 시험했다.
먼저 미세아교세포에서 각각의 유전자를 CRIPSR로 없애(KO) 전사체 변화를 비교했다. 디날리는 iPSC 유래 미세아교세포(iMG) 시스템을 이용했는데, 최근 인간과 설치류의 미세아교세포와 면역 관련 유전자 전사체가 매우 다른 특성을 보인다는 연구가 연이어 나오고 있기 때문. 특히 인간과 마우스의 TREM2 서열은 77%만 동일하다. 그 결과 TREM2 KO으로 변한 유전자 318개 중 153개(약 48%)가 PLCG에서도 똑같이 달라지는 것을 확인했다. 두 인자가 조절하는 유전자가 겹친다는 것을 의미한다.
다음으로 연구팀은 iMG 시스템에서 PLCγ2가 TREM2의 하위 신호전달 인자로 Syk와 직접 상호작용하며, 미세아교세포에서 PLCγ2 의존적으로 TREM2가 지질 대사를 조절한다는 것을 확인했다. 더불어 iMG 시스템에서 LOAD 위험 유전자 변이 R47H TREM2와 보호 유전자 변이인 P522R PLCG를 구현해 지질 대사에 상반된 영향을 미치는 것을 확인했다.
그러면 표현형 수준에서도 비슷한 결과가 나올까? TREM2와 PLCG KO iMG 모두 미엘린(myelin)을 과다하게 주입했을 때 이를 처리하는 능력이 떨어졌으며, 세포내 지질이 쌓이는 현상이 관찰됐다. 지질체(lipidomics) 패턴이 달라졌으며, 콜레스테롤 에스터(cholesteryl ester), 미엘린 유래 세라미드(ceramide) 등 여러 종류의 지질 분자가 축적됐다. 그밖에 ex vivo DRG 뉴런 시스템에서 TREM2와 PLCG KO는 뉴런 찌꺼기를 제거하는 능력이 떨어졌다.
한편, 이번 연구에서 흥미로운 데이터로 PLCγ2는 TREM2 의존적인 신호전달뿐만 아니라 TREM2 비의존적인(TREM2-independent) 신호전달 과정도 매개했다. 연구팀은 이전 연구에서 PLCγ2가 여러 TLR 매개 염증반응을 매개한다는 것에 착안해 미세아교세포에서도 어떤 역할을 하는지 알아봤다. 한 예로 PLCG KO에 TLR2 리간드 자이모산(zymosan)을 처리했을 때 염증성 사이토카인 IL-1β 분비는 50% 줄었지만, 반대로 TREM2 KO에서는 64% 늘었다. 즉 PLCγ2가 염증반응에 필요하며, 반대로 TREM2가 염증반응을 낮추기 위해 필요하다는 것을 보여주는 데이터다.
더불어 다른 염증 신호전달로, 최근 뇌에서 선천성 염증을 일으키는 핵심 인자로 주목받는 NLRP3 인플라마좀(inflammasome) 활성화에 미치는 영향도 확인했다. iMG 세포주에 TLR4 리간드인 LPS를 처리하자 PLCG KO에서는 IL-1β와 IL-18 분비가 줄어들었지만, 반대로 TREM2 KO에서는 야생형(WT) 대비 더 많은 양이 분비됐다.
즉 PLCγ2는 여러 타입의 TLR 하위 신호전달 인자로 염증반응을 매개하고, TREM2 KO 역시 직간접적으로 염증반응을 높이는 결과를 확인했다. 더불어 디날리는 최근 연구에 따르면 세포내 지질방울(lipid droplet)이 축적되는 것 자체가 염증 사이토카인을 높일 수 있다고 덧붙였다.
결론적으로 일련의 데이터를 종합해보면 뇌 미세환경에서 인풋 시그널, 세포의 상태 등에 따라 미세아교세포는 염증을 완화시키거나 과도한 염증을 일으킬 수 있으며, 디날리는 PLCγ2가 미세아교세포의 다양한 기능을 결정짓는 핵심 신호전달이 만나는 지점이라고 제시했다. 또한 일련의 결과는 TREM2를 활성화하는 접근법이 PLCγ2 매개로 지질 대사를 조절해, 알츠하이머병 치료 타깃 전략을 뒷받침한다고 설명했다. 또 다른 접근법으로 PLCγ2 활성화도 하나의 전략이 될 수 있지만 염증을 일으킬 위험이 있다는 점에서 분자 메커니즘을 추가로 연구할 필요가 있다.
한편 현재 TREM2 활성화(agonistic) 항체 개발로 가장 앞서가는 기업은 알렉토(Alector)다. 알렉토는 건강한 피험자 56명을 대상으로 AL002의 임상1상을 마치고, 알츠하이머병 환자 대상의 임상1b상을 진행하고 있다. 건강한 피험자에서 확인한 바이오마커 데이터로 디날리는 AL002을 투여하자 용량의존적으로 뇌척수액(CSF) sTREM2가 줄어들었으며, 미세아교세포 활성을 대변하는 바이오마커가 증가했다고 발표한 바 있다.
▲건강한 피험자(HV) 대상 AL002 바이오마커 PoC 데이터, 회사 R&D 발표자료
June 22, 2020 at 05:04PM
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뇌 미아교세포서 PLCγ2, '보호 or 염증' "두 역할" - 바이오스펙테이터
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